碳纤维是一种含碳量高于 90 的无机高分子 % 纤维 。其中含碳量高于 99 的称石墨纤维。碳纤 % 维的轴向强度和模量高, 无蠕变, 耐疲劳性好, 比热 及导电性介于非金属和金属之间, 热膨胀系数小, 耐 腐蚀性好, 纤维的密度低, X射线透过性好。碳纤维 作为一种高性能纤维, 具有高比强度、 高比模量、 耐 高温、 抗化学腐蚀、 耐辐射、 耐疲劳、 抗蠕变、 导电、 传 热和热膨胀系数小等一系列优异性能。此外, 还具 有纤维的柔曲性和可编性。碳纤维既可用作结构材 料承载负荷, 又可作为功能材料发挥作用。因此碳 纤维及其复合材料近几年发展十分迅速。
碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺, 但 无论用哪种材料, 碳纤维中碳原子平面总是沿纤维 轴平行取向。用 x - 射线、 电子衍 射和电子显微镜 研究发现, 真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点 阵结构, 而是属于乱层石墨结构。构成此结构的基 元是六角形碳原子的层晶格, 由层晶格组成层平面。 在层平面内的碳原子以强的共价键相连, 其键长为 0 142 1 nm; 在层平面之间则由弱的范德华力相连, . 层间距在 0 336~ 0 344 n 之间; 层与层之间碳原 . . m 子没有规则的固定位 置, 因而 层片边缘参差不 齐。 处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的 基础碳原子不同。层面内部的基础碳原子所受的引 力是对称的, 键能高, 反应活性低; 处于表面边缘处 的碳原子受力不对称, 具有不成 对电子, 活 性比较 高, 由于原料及其制法不同, 碳纤维可以从以下两个 方面进行分类: ( 1) 根据碳纤维的力学性能可分为高模量、 超 高模量、 高强度和超高强度 4种。 ( 2) 根据原丝的类型可 分为聚丙烯晴 基碳纤 维、 纤维素基碳纤维、 沥青基碳纤维、 酚醛基碳纤维 等。 碳纤维是 20世纪 50年代初应火箭、 宇航及航 空等尖端科学技术的需要而产生的, 现在还广泛应 用于体育器械、 纺织、 化工机械及医学领域。
